新型环保抑尘剂在金沙水电站施工中的应用

2020-03-07姜勇，龙洋，李雷，伍斌

广州化工 2020年2期

姜勇，龙洋，李雷，伍斌

(1 中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213；2 攀枝花学院生物院化学工程学院，四川攀枝花 617000)

金沙水电站是金沙江中游十级水电枢纽规划的第九级，位于金沙江中游攀枝花西区河段，其主要任务为发电，并兼有城市供水、防洪、旅游等综合利用功能，建成后将提高攀枝花市用电保障能力，并服务地方经济。金沙水电站基坑及边坡石方明挖合计约320万m3，每天至少3个工作面同时开挖，工期预计7年，期间会产生大量施工扬尘。施工扬尘是由于地面上的尘土在风力、人为带动及其他带动飞扬而进入大气的开放性污染源，是环境空气中总悬浮颗粒物的重要组成部分[1-4]。为减少对周边居民日常生活影响，达到施工过程中环保部门的相关要求，需要严格对电站建设施工过程中产生的大量扬尘进行有效控制。施工扬尘的控制不同于一般的表土固化，更关心扬尘颗粒间的结合速度、保水时效以及现场操作的流畅性[5-6]，因此课题组以农业秸秆为原料有针对性的制备了新型环保抑尘剂LM。LM是一种复合型抑尘剂，该抑尘剂含有能与扬尘颗粒物产生较强亲和力的离子基团，能通过湿润、粘结、凝聚等作用将空气中扬尘捕集沉降，并继而在降尘颗粒物表面粘结成壳。本文主要探讨了LM抑尘剂在金沙水电站施工扬尘控制中的应用性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

“LM”抑尘剂，以农业秸秆为原料自制；尘样，收集金沙水电站施工现场尘样若干，105 ℃干燥2 h，过80目筛，储于干燥器内备用。

DHG-9145A恒温箱，上海圣科仪器设备有限公司；WQS振动筛分仪，常泰勒仪器设备有限公司；NDJ-1数显粘度测试仪，上海立晨科技有限公司。

1.2 抑尘剂性能实验

1.2.1 粘度测试

抑尘剂黏度决定了粉尘颗粒间黏结力大小，是防尘时粉尘黏结凝并效果的重要因素，黏度决定了抑尘剂应用性质，是评价抑尘剂性能优劣的重要指标之一[7]。黏度越大，抑尘剂与物料表面黏结性能越强，固化效果越好，但是由于考率到它的黏度对稳定性、储存、喷洒对抑尘剂下渗深度存在一定的影响，需要根据实验原料及实验条件选择合适黏度范围。

1.2.2 保水性能测试

抑尘剂保水性主要表现在能够减缓粉尘中的水分蒸发，从而有效的延长抑尘剂的有效抑尘时间。称取20 g经处理后尘样放在培养皿中，固定抑尘剂喷洒量为3 mL/g尘样，考虑到攀枝花年均气温在20 ℃以上，设定恒温通风箱温度为30 ℃，固定时间间隔称取样品重量，通过样品重量变化来衡量抑尘剂保水性。

1.2.3 渗透性能实验

在相同一条件下溶液渗透时间越短，说明渗透性能越好，所以一般根据抑尘剂在粉尘中渗透的速度作为抑尘剂渗透性能判别指标[8]。每种尘样每组在口径0.8 cm试管中装填相同高度，在试管上端加入同体积的抑尘剂溶液，测试尘样完全渗透所需要的时间，以此计算渗透速率。

2 结果与讨论

2.1 施工现场扬尘分析

金沙水电站施工过程中产生的扬尘主要有三类，见图1。红色扬尘，该扬尘为机器打孔石头过程产生，尘样粒径细小，成粉末状；另还有黄色扬尘和灰色扬尘，这两种是施工现场土壤的主要类型，尘样颗粒相对红尘粗一些。三种尘样的XRF分析结果如表1所示。白色和灰色扬尘的主要成分基本一致，只是各成分间数值略有差异；红色扬尘氧化镁含量较高，另还含有磷和钡。

表1 扬尘成分分析Table 1 Dust composition analysis

图1 尘样实物Fig.1 Dust sample

2.2 “LM”抑尘剂的粘度测试

将“LM”抑尘剂与清水混合，分别配制了0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%质量浓度的抑尘剂试样，测试了各组的粘度值如表2所示。随着浓度的增加，抑尘剂粘度也明显增大。根据相关实际经验，在温度不大于30 ℃以及质量分数小于25%，抑尘剂黏度小于4 mPa·s方可进行实际喷洒使用，不会对喷洒造成困难[9]。通过现场喷雾机的现场实验，当抑尘剂试样浓度大于1.5%即粘度值超过3时，系统阻力过大，严重影响喷雾机水泵工作性能(喷洒距离缩短，喷雾水滴变大)，甚至发生堵塞。后面的抑尘性能实验只试验了0.5%、1%和1.5%三种浓度。

表2 抑尘剂粘度值Table 2 Viscosity of dust suppressant

2.3 “LM”抑尘剂的渗透性

抑尘剂渗透性能决定了最终形成的固结层厚度。抑尘剂的渗透性能与粘度、表面活性剂、粉尘性质、粉尘粒径等因素有关[10]。不同浓度的“LM”抑尘剂在尘样中的渗透速度如表3所示，抑尘剂在黄尘和灰尘中的渗透速率均慢于清水，且随着浓度增加渗透速度越来越小，因为抑尘剂浓度增加，其粘度也增加，渗透阻力增大。在抑尘剂用量一定时，一般情况下尘样表层土空隙率越小即尘样颗粒粒径越小，抑尘剂的渗透性能越差，则形成的固结层越薄；反之，形成固结层越厚。红尘是三种现场土样中粒径分布最细小的，但表中数据表明，同种浓度抑尘剂在红尘中的渗透速度反而最快，且随着抑尘剂浓度增加，渗透速度有少许上升，应该是抑尘剂与红尘中磷酸根等酸根离子发生了化学络合的缘故。

表3 抑尘剂渗透速度Table 3 Penetration rate of dust suppressant

2.4 抑尘剂的保水性

不同浓度的“LM”抑尘剂与水在三种尘样上的保湿性能见图2。由图2可见，喷洒抑尘剂的尘样保水效果优于自来水；抑尘剂浓度越大，保湿性能越好，但0.5%和1%的LM抑尘剂在红尘中的差异不大。同种试样在不同尘样中表现来看，无论是水还是抑尘剂溶液在红尘中的保湿性能更好一些，在黄尘和灰尘中的含水率随着时间的推移下降得更快，因为红尘颗粒细小，形成的表面固化层更坚固。相关研究表明，试剂喷洒抑尘过程中，当路面粉尘含水量大4%时可以保持粉尘湿润，抑制扬尘；当喷水后尘样含湿量低于4%将起不到抑尘的作用[11]。

由实验结果可知，喷洒自来水在红尘、黄尘和灰尘上的有效抑尘时间只有4～6 h，而喷洒抑尘剂(浓度1%和1.5%)的有效抑尘时间均可达到10 h以上，与现场施工时间基本能对应。

图2 含水率与时间的关系Fig.2 The relationship between water content and time

2.5 喷洒抑尘剂尘样的微观结果表征

喷洒抑尘剂(节取的喷洒1%浓度抑尘剂)尘样的SEM照片如图3所示，未喷洒抑尘剂的尘样表面颗粒棱角分明，排列稀松，简单堆结在一起，相互间无作用力，易扬起并长时间在空中停留。喷洒抑尘剂扬尘表面形成稳固的团聚体，构成光滑而平整的固结层；三种尘样中固阶层的致密程度以红尘最佳，其后依次为黄尘和灰尘。团聚固结的作用力存在能使空气中细颗粒相互连接降落，并能在地表固化，强效抑尘。